Väkevän urealiuoksen puhdistaminen kalvotekniikalla

Abstract

Kirjallisuusosassa käsiteltiin nanosuodatus-, käänteisosmoosi- ja elektrodialyysitekniikoita liuosten puhdistuksessa. Nanosuodatuksella ja käänteisosmoosilla voidaan liuottimesta erottaa pienen moolimassan omaavia liuenneita aineita ohuen kalvon avulla. Nanosuodatuksessa ja käänteisosmoosissa ajavana voimana on paine, jonka tulee ylittää liuoksen osmoottinen paine. Elektrodialyysissä ajavana voimana toimii sähköpotentiaaliero. Tekniikka käyttää hyväkseen ionien tai molekyylien kykyä johtaa sähköä. Elektrodialyysillä voidaan liuoksesta erottaa toisistaan varauksettomat ja varaukselliset komponentit sähköä johtavan membraanin avulla.

Kokeellisessa osassa väkevää ureavesiliuosta suodatettiin nanosuodatus- ja käänteisosmoosikalvoilla tutkien paineen, lämpötilan ja konsentroitumisen vaikutusta vuohonja retentioon. Tarkoituksena oli saada urea tuotteena permeaattiin ja epäpuhtaudet erottumaan retentaattiin. Permeaattien epäpuhtauksien pitoisuuksia verrattiin tuotteen spesifikaation raja-arvoihin. Suodatukset tehtiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston tiloissa DSS Labstak M20 suotimella. Työssä käytettiin NF1-, NF2-, NF270-, NF-, NF90-, Desal-5 DK-, OPMN-P 70- ja TFC ULP-kalvoja.

Nanosuodatuskalvot NF2- ja NF270 antoivat parhaan vuon ja erotuskyvyn suhteen puhdistettaessa urealiuosta. Paineen noustessa kalvojen retentiot paranivat. Lämpötilan noustessa vuo parani, joskin täytyy huomioida urean kiihtyvä hajoaminen lähestyttäessä 40 °C astetta. Kalvojen kestävyyttä ureasuodatuksissa ei voitu näiden kokeiden avulla varmentaa.

Nanofiltration, reverse osmosis and electrodialysis techniques were studied in theliterature survey. Small molar mass solutes can be separated from the solvent with a thin film membrane in nanofiltration and reverse osmosis. The driving force is pressure, which has to exceed the osmotic pressure of the solution. The electric potential difference is the driving force in electrodialysis. The technique is based on the electroconductivity of ions or molecules. Electrodialysis separates charged and uncharged components from each other with an electroconductivemembrane.

Concentrated urea-water-solution was filtered withnanofiltration and reverse osmosis membranes in the experimental part of this work. The effects of pressure, temperature and concentration on flux and retention were studied, aiming to separate the impurities in the retentate. The concentrations of the impurities in the permeates were compared to the limits of the specification. The filtrations were performed at LUT with a DSS Labstak M20 filter.NF1, NF2, NF270, NF, NF90, Desal-5 DK, OPMN-P 70 and TFC ULP membranes were used in this work.

The best flux and retention was obtained withthe NF2 and NF270 nanofiltration membranes. The retention improved when the pressure increased. The flux increased when the temperature was elevated. When the temperature approached 40 °C the dissociation of the urea molecule increased. The resistance of the membranes, while filtering urea solution, could not be confirmed with these experiments.